بخشی از مقاله
چکیده
خشکسالی اقلیمی بهعنوان یک پدیده طبیعی در مناطق خشک و بیابانی، میتواندبه شدّت کمیت و کیفیت دسترسی گیاهان به رطوبت را تحت تأثیر قرار دهد. لذا شناخت نوع پاسخ پوشش گیاهی به خشکسالی، در سیاستگذاریها و تصمیمگیریهای مدیریتی، جهت آمادگی و تابآوری جوامع در برابر خشکسالی ضرورت پیدا میکندهدف. این تحقیق، برآوردِ زمانِ تأخیرپاسخِ شاخص NDVI بهعنوان نماینده پوشش گیاهی به شاخصهای SPI وSPEIبا استفاده از آزمون علّیت هشیائو - گرانجر تصحیحشده - میباشد.
دادههای روزانه بارش و دما از سال 2002-2016 از ایستگاه همدیدی شهرستان فریمان دریافت و دو شاخص SPI و SPEI برای دورههای 16 روزه محاسبه و علاوه بر آن تصاویر ماهوارهای 16 NDVI روزه، از محصولات سنجده مودیس از طریق تارنمای سازمان ناسا دریافت گردید. بعد از مطمئن شدن از ایستایی دادهها، آزمون علّیت هشیائو روی متغیرها اجرا گردید. نتایج بهدستآمده نشان میدهند که پاسخ NDVI به شاخصهای SPI وSPEI با تأخیر زمانی 48 روزه همراه بوده و علاوه بر آن، هر دو شاخص خشکسالیعلّت تغییرات NDVI شناخته شدند.
مقدمه
کمیت بارش و نوسانات دورهای آن بهعنوان اولین عامل محدودکننده در مناطق خشک و نیمهخشک در حیات اکولوژیکی گیاهی-جانوری-انسانی نقش بسیار مهمی دارد. عدم وجود شناخت کافی از این ارتباطات میتواند زیانبار باشد، چراکه اگر این کمبود آگاهی در سیاستگذاریها و تصمیمگیریهای مدیریتی وارد شود، آمادگی و تابآوری جوامع را در برابر وقایع طبیعی همچون خشکسالی که مولود پدیده تغییر اقلیم میباشند را متزلزل میسازد. بر همین اساس شناخت کامل رابطه بین این دو پدیده یعنی بارش و پوشش گیاهی در راستای پیشآگاهی و پیشبینی رفتار هر یک در ارتباط با یکدیگر بسیار مهم و راهگشا بهحساب میآید.
خشکسالی بهعنوان یک پدیدهکاملاً طبیعی در حیات کره زمین شناخته میشود و وقتی سطح رطوبت یک ناحیه بهاندازه معناداری به کمتر از میانگین بلندمدت - در دورههای طولانی - تنزل یابد و نیازهای اکولوژیکی موجود تأمین نشوند، میگوییم خشکسالی اتفاق افتاده است. خشکسالی یکی از اصلیترین محرکهای کاهش تولید خالص اولیه روی سطح زمین تلقی میشود.[1] بیوم مناطق خشک و مرطوب بسیار تحت تأثیر خشکسالی میباشند و پایداری کمبود رطوبت در یک منطقه میتواند نقش کلیدی در تعیین حساسیت بیومها به خشکسالی را دارد.
بیومهای خشک و بیابانی در مقیاس زمانی کوتاه به خشکسالی واکنش نشان میدهند یا بهعبارتیدیگر بهمحض کاهش مقدار رطوبت از میانگین بلندمدت، گیاه واکنش نشان میدهد، این خصیصه ممکن است به دلیل وجود مکانیسمهایی باشد که در خود این گیاهان وجود دارد. البته در بیومهای مرطوب نیز این همین سرعت واکنش وجود دارد که البته مکانسیم سازگاری در گیاهان در این بیومها با بیوم خشک متفاوت است.[2]
خشکسالی هواشناسی اولین گام در شکلگیری، توسعه و وقوع انواع دیگر خشکسالیها بهحساب میآید. نیروی محرکه اولیه در شکلگیری این نوع خشکسالیها - اقلیمی - ، بارش است که بر همین اساس شاخصهای فراوانی برای پایش خشکسالی از این متغیر مشتق شده است.[3] شاخص SPI بارش واقعی یک منطقه را بهصورت استانداردشده و بر اساس توابع توزیع احتمال بیان میکند، بنابراین در سالهای اخیر توانسته جایگاه خوبی را در پایش خشکسالی به خود اختصاص دهد چراکه این شاخص برای محققان، قابلیت مقایسه زمانی و مکانی وضعیت خشکسالی در مناطق مختلف را فراهم میکند.[4]
شاخص SPEI بر مبنای دادههای بارش و دما ساخته شده است و مزیت آن، ترکیب - - ویژگیِ چند مقیاسی - - با تأثیر تغییرات دما بر خشکسالی است. روش محاسبه آن پیچیده است و مواردی نظیر بیلان آب، تجمع کمبود یا بیش-بود در مقیاسهای زمانی مختلف و توزیع احتمال لوگ-لجستیک در آن دخالت داده میشود. ازلحاظ ریاضی، SPEI شبیه به SPI میباشد فقط با این تفاوت که در آن دمای هوا نیز دخالت داده میشود.[5] بنابراین این شاخص میتواند با بهبود کارایی شاخصهای دیگر که تنها مبتنی بر دادههای بارش بودند به تعیین اثرات تخریبی خشکسالیها بر سیستمهای هیدرولوژیکی و اکولوژیکی مختلف کمک کنند.[6]
برای پایش و مطالعه خشکسالی اتکا به دادههای زمینی کافی نمیباشد. بهویژه زمانی که دادههای زمینی پراکنده، ناقص و با تناسب غیرقابلقبول زمانی همراه باشند.[7] لذا تکنیک سنجشازدور به علت استفاده از دادههای مکانی در مقیاس وسیع، قابلیت تکرار و اخذ دادههای ماهوارهای به فاصله زمانی یک تا چند روز در طول دوره رشد یا سال و بهروز بودن دادهها از توانایی چشمگیری در مقیاس زمانی و مکانی بالا، برخوردار است. استفاده از دادههای ماهوارهای امکان مطالعه گسترده پوشش گیاهی را فراهم میسازد.[8] لذا استفاده از تصاویر ماهوارهای برای به دست آوردن درکی صحیح از تأثیرات متغیرهای اقلیمی، بهطور ویژه، بارش و دما بر NDVI، امکان پیشبینی تغییرات تولید گیاهی تحت سناریوهای مختلف اقلیمی را فراهم مینماید.[9]
مطالعات زیادی برای پایش پاسخ گیاه به نوسانات اقلیمی با شاخص اختلاف نرمال شده گیاهی - NDVI1 - صورت گرفته است. شاخص اختلاف گیاهینرمال شده عموماً دامنهای بین مقادیر +1 الی 1- را دارد. همبستگی فضایی بین شاخص اختلاف گیاهی نرمال شده و عناصر اقلیمی در کارهای متعددی ارزیابی شده است.[9] گوارد و پرینس2 با بررسی مطالعات گذشته اظهار داشته است که تأثیر تأخیر زمانی گیاه و بارش، پیچیده است. تأخیر زمانی از چند روز تا یک سال و حتی بیشتر تغییر میکند.[10]
اسکولتز و هالپرت1 تغییرپذیری مکانی همبستگی NDVI و دما و بارش را مطالعه کردند و پی بردند که تغییرات NDVI همبستگی بالایی با آبوهوا ندارند اما تأخیر زمانی یکماهه پاسخ NDVI به بارش را به دست آوردهاند.[11] پاتر و بروک2 با مطالعه عناصر سالانه دما، بارش، تابش سطح توزیع فصلی NDVI، تأخیر زمانی پاسخ پوشش گیاهی به بارش دارای وقفه یک تا دوماهه است.[12] یو و همکاران3 با مطالعه علفزارهای آسیای مرکزی پی بردند که شروع سبزینگی گیاه در استپهای داخلی مغولستان وابسته به بارش و دمای رخداده در پاییز و زمستان سال قبل و بهار سال جاری است.[13]
پورِوسورن و همکاران4 در بررسی پاسخ زمانی و مکانی NDVI به بارش و دما در استپ مغولستان پی بردند که مقادیر NDVI در ارتباط با تغییرات بارش تغییر میکند و حداکثر زمان تأخیر در پاسخ گیاهان نسبت به تغییرات بارش 10-20 روز میباشد.[14] گِسنِر و همکاران5 در بررسی ارتباط ناهنجاریهای بارش و پوشش گیاهی در آسیای مرکزی اظهار داشتند: در تجزیهوتحلیلهای سریهای زمانی که نشان میدهد که توسعه پوشش گیاهی در هشتاد درصد آسیای مرکزی به آنومالیهای بارش حساس است. بیشترین حساسیت در دامنهی 100-400 میلیمتر میباشد. الگوی پاسخ زمانی NDVI به بارش نشاندهنده یک زمان تأخیر 1-3 ماهه پاسخ پوشش به آنومالیهای بارش میباشد.[15]
وانگ و همکاران در مطالعه پاسخ زمانی شاخص NDVI به بارش و دما در ایالت کانزاس آمریکا به این نتیجه رسیدند که مقادیر NDVI متوسط فصل رشد با اندازه قابلتوجهی به بارش دریافت شده در فصل جاری و هفت ماه قبل همبستگی دارد و همچنین مقادیر NDVI دوهفتهای با مقادیر بارش دریافت شده در 2-4 دوره دوهفتهای همبستگی دارد و زمان پاسخ NDVI به وقایع حدی بارش بهطور متوسط بین یک تا دو دوره دوهفتهای میباشد.[9]
لی و همکاران6 در بررسی اثر پسخوری پوشش گیاهی بر بارش در منطقه ساحل آفریقا پی بردند که بین بارش و NDVI همبستگی وجود دارد و با انجام آزمون گرانجر پی بردند که افزایش بارانهای تابستانی در این ناحیه معلول افزایش پوشش گیاهی بوده است.[16] در تحقیق انجامشده توسط فرج زاده، اثر عوامل اقلیمی بر پوشش گیاهی مراتع زاگرس با استفاده از شاخص NDVI و دادههای هواشناسی موردبررسی قرار گرفته است. در این تحقیق اثر هفت متغیر اقلیمی ماهانه بارش، دما و رطوبت نسبی - حداکثر، میانگین و حداقل - بر NDVI ماهانه مطالعه گردید. نتایج حاصل نشانگر آن است که پوشش گیاهی به بارش دو ماه قبل و رطوبت نسبی یک ماه قبل پاسخ میدهد.[17]
با توجه به سوابقی که از آن صحبت شد، میتوان گفت که در اکثر پژوهشهای انجامگرفته در موردبررسی رابطه پوشش گیاهی و بارشصرفاً به بررسی رابطه همبستگی و رگرسیونی اکتفا شدهو از منظر علّیت رابطه بین این متغیرها کمتر موردبحث قرار گرفته است. بررسی رابطه پوشش گیاهی و بارش - SPI و - SPEI را باید در قالب سریهای زمانی انجام داد. با بهرهگیری از آزمونهایعلّیتنظیر آزمون علّیت هشیائو - گرانجر اصلاحشده - میتوان رابطه علت و معلولی را در سریهای زمانی این متغیرها بررسی نمود و سطح شناخت خود را با بهرهگیری از آزمونهای پیشرفتهتر آماری از روابط همبستگی و رگرسیونی بالاتر برده و درباره نوع ارتباط متغیرها به شکلی مستحکمتر اظهارنظر نماییم.
